Тема 4. Загальні відомості про принципи роботи і характеристики напівпровідникових приладів. Елементна база мікропроцесорної техніки
4. . Принцип роботи біполярного транзистора
4. Принцип роботи біполярного транзистора
У 1948 р. Джон Бардін, Уолтер Браттейн і Вільям Шоклі в лабораторіях
фірми Bell виготовили перший працюючий транзистор.
Напевно, жодне з відкриттів сучасної фізики не вплинуло настільки
безпосередньо на життя людей, як транзистор. Завдяки своїм перевагам перед
електронною лампою транзистор зробив революцію в області
електронних засобів зв'язку й забезпечив створення й широке використання
швидкодіючих ЕОМ з великим обсягом пам'яті.
Транзистором називається напівпровідниковий прилад c двома p-n
переходами, призначений для посилення й генерування електричних коливань,
що представляє собою пластину кремнію або германія, яка складається із трьох
областей. Дві крайні області завжди мають однаковий тип провідності, а
середня – з протилежною провідністю.
Транзистори, у яких крайні області мають електронну провідність, а
середня - діркову провідність, називаються транзисторами n-р-n - типу (мал. 1); транзистори, у яких крайні області мають діркову, а середня - електронну
проводимість - транзисторами р-n-р - типу (мал. 2)
Мал.1. Транзистор n-p-n Мал.2. Транзистор p-n-p
Фізичні процеси, що відбуваються в транзисторах двох типів, аналогічні
й відмінність між ними полягає в тому, що полярності включення джерел
живлення їх протилежні, а також у тому, що якщо в транзисторі n-p-n- типу
електричний струм створюється в основному електронами, то в транзисторі р-n
р - типу - дірками.
Суміжні області, відділені друг від друга p-n-переходами, називаються
емітером Е, базою Б і колектором К.
Емітер є областю, що випускає (емітує) носії зарядів (електронів у
транзисторі p-n-типу й дірок у транзисторі n-р-типу), колектор - область, що
збирає носії зарядів, база - середня область, основа.
В умовах роботи транзистора до лівого p-n-переходу прикладається
напруга эмиттер - база UЕ в прямому напрямку, а до правого р-n-переходу -
напруга база - колектор UК - у зворотному.
| Рис. 4. Схема включення транзистора структури n p n - - | Рис. 5. Схема включення транзистора структури p n p - - |
(емітера), долаючи p-n-перехід, переходить у дуже вузьку середню область
(базу). Далі велика частина носіїв зарядів продовжує рухатися до другого
переходу й, наближаючись до нього, попадає в електричне поле, створене
зовнішнім джерелом UK.
Під впливом цього поля носії зарядів втягуються в праву область
(колектор), збільшуючи струм у ланцюзі батареї UK.
Якщо збільшити напругу UЕ, то зросте кількість носіїв зарядів,
перешедших з емітера в базу, тобто збільшиться струм емітера на деяку
величину ∆I E . При цьому також збільшиться струм колектора на величину ∆I K .
У базі незначна частина носіїв зарядів, перешедших з эмиттера,
рекомбінує з вільними носіями зарядів протилежної полярності, зменшення
яких поповнюється новими носите зарядів із зовнішнього ланцюга, що
утворюють струм бази Iб.
Таким чином, струм колектора Iк = Iэ - Iб виявиться менше струму
эмиттера, незначно відрізняючись від останнього. Відношення
при UK= const називається коефіцієнтом підсилення по струму й звичайно має
значення α = 0,9…0,995.
Через те, що лівий (емітерний) р-n-перехід перебуває під прямою
напругою, то він має малий опір. На правий же (колекторний) р-n-перехід
впливає зворотна напруга й він має великий опір. Тому напруга, що
прикладається до емітера, досить мала (десяті частки вольта), а напруга, що
подається на колектор, може бути досить великою (до декількох десятків
вольтів).
Зміна струму в ланцюзі емітера, викликана малою напругою UЕ, створює
приблизно таку ж зміну струму в ланцюзі колектора, де діє значно більша
напруга UК, у результаті чого транзистор здійснює посилення потужності.